JP2010207054A - 車両搭載用電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】降圧コンバータを備え、車両補機に電力を供給するシステムにおいて、降圧コンバータから発せられるノイズ電流が、車両補機の性能に与える影響を抑えることを目的とする。
【解決手段】降圧電圧を正極端子１８および負極端子２０から出力する降圧コンバータ１６と、正極端子１８および負極端子２０にそれぞれ正極および負極が接続される補機バッテリ２２と、正極端子１８および負極端子２０にそれぞれ第１端子２６−１および第２端子２６−２が接続され、第１端子２６−１および第２端子２６−２を介して入力された電力を第３端子２６−３および第４端子２６−４を介して補機２８へと伝送するフィルタ２４とを備える。フィルタ２４は、第４端子２６−４が車両接地導体３０に接続され、降圧コンバータ１６は、負極端子２０からフィルタ２４を介して車両接地導体３０に至る経路を除き、車両接地導体３０から絶縁されるよう車両に搭載される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両補機に電力を供給するシステムに関する。

電気自動車、ハイブリッド自動車等のモータ駆動車両が広く用いられている。モータ駆動車両は駆動電力供給用の二次電池を備え、二次電池から駆動用モータに電力を供給し、駆動用モータが発生した駆動力によって走行する。

モータ駆動車両には、ウインカ、ヘッドライト、ルームライト、エアコンディショナ、ラジオ受信機等の補機が搭載される。補機に電力を供給するため、モータ駆動車両には補機バッテリが搭載される。近年の補機には大電力を消費するものが多い。また、補機バッテリの搭載スペースを削減するため、補機バッテリの充電容量を小さくしてその体積を削減する設計が好まれている。

そのため、二次電池の出力電圧を降圧し、降圧後の電圧を補機および補機バッテリに与える降圧コンバータが用いられる。降圧コンバータから補機および補機バッテリに電力を供給することにより、補機への供給電力を増加することができると共に、補機バッテリの充電容量を低減し、補機バッテリの体積を削減することができる。

特開２００５−１２４３４６号公報 特開２００２−２８１７６５号公報

自動車のＥＭＣ対策，大熊繁，遠矢弘和 監修，（株）トリケップス，ｐ．１６６

降圧コンバータは、トランジスタ等のスイッチング素子を備え、二次電池から与えられた電圧をスイッチングすることで降圧電圧を出力する。そのため、降圧コンバータの出力端子からはスイッチング制御に基づくノイズ電流が流出する。このノイズ電流またはそれに基づいて放射されるノイズ電磁波が補機に到達すると、これによって補機の動作性能に影響を与えることがある。例えば、補機としてラジオ受信機が搭載される場合、その受信性能を最大限に発揮することが困難となることがある。

本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、降圧コンバータを備え、車両補機に電力を供給するシステムにおいて、降圧コンバータから発せられるノイズ電流が、車両補機の性能に与える影響を抑えることを目的とする。

本発明は、入力電圧を降圧し、降圧した電圧を正極端子および負極端子から出力する降圧コンバータと、前記正極端子および前記負極端子にそれぞれ正極および負極が接続されるバッテリと、を備え、前記正極端子および前記負極端子から出力される電力に基づいて前記バッテリを充電すると共に、前記正極端子および前記負極端子から出力される電力および前記バッテリから出力される電力を車両補機に供給する車両搭載用電力供給システムにおいて、前記正極端子および前記負極端子にそれぞれ第１端子および第２端子が接続され、第１端子および第２端子を介して入力された電力を第３端子および第４端子を介して車両補機へと伝送すると共に、第１端子および第２端子を介して入力され第３端子および第４端子を介して出力されるノイズ電力を低減するフィルタを備え、前記フィルタは、第４端子が車両接地導体に接続され、前記降圧コンバータは、前記負極端子から前記フィルタの第２端子および第４端子を介して前記車両接地導体に至る経路を除き、前記車両接地導体から絶縁されるよう車両に搭載されることを特徴とする。

また、本発明に係る車両搭載用電力供給システムにおいては、前記フィルタの第１端子と第３端子との間のノイズ周波数インピーダンスの大きさ、および前記フィルタの第２端子と第４端子との間のノイズ周波数インピーダンスの大きさを、前記バッテリの正極と負極との間のノイズ周波数インピーダンスの大きさの１０倍以上とすることが好適である。

また、本発明に係る車両搭載用電力供給システムにおいては、前記正極端子から前記バッテリの正極に至り、前記バッテリの内部を通過し、さらに、前記バッテリの負極から前記負極端子に至る経路の長さを１メートル以下とすることが好適である。

また、本発明に係る車両搭載用電力供給システムにおいては、前記バッテリを前記降圧コンバータと共に車両のエンジンコンパートメント、車両のトランクルーム、または車両の底のいずれかに配置することが好適である。

また、本発明に係る車両搭載用電力供給システムにおいては、前記フィルタは、車両搭載用無線受信機の受信周波数帯のノイズ電力を低減することが好適である。

本発明によれば、降圧コンバータを備え、車両補機に電力を供給するシステムにおいて、降圧コンバータから発せられるノイズ電流が、車両補機の性能に与える影響を抑えることができる。

本発明の実施形態に係る電力供給システムの構成を示す図である。 インピーダンスの大きさの周波数特性を示す図である。 本発明の実施形態に係る電力供給システムの実装例を示す図である。

図１に本発明の実施形態に係る電力供給システムの構成を示す。電力供給システムはモータ駆動車両に搭載され補機２８に電力を供給する。補機２８には、ウインカ、ヘッドライト、ルームライト、エアコンディショナ、ラジオ受信機等がある。電力供給システムは、複数の補機に電力を供給することが可能である。ここでは２つの補機２８に電力を供給する例を示す。図１に示す車両接地導体３０は、電力供給システムの基準電位を有する導体であり、ボデー等を用いることができる。

二次電池１０の正極および負極には、車両駆動回路１２および降圧コンバータ１６が接続される。車両駆動回路１２は、二次電池１０およびモータ１４との間で直流交流変換を行う。また、車両駆動回路１２は、モータ１４に印加される交流電圧の大きさを走行制御に応じて調整することで、二次電池１０からモータ１４に電力を供給し、または、モータ１４が回生制動によって発電した電力を二次電池１０に供給する。モータ１４は、車両駆動回路１２から供給された電力によってモータ駆動車両を駆動し、回生制動によって発電した電力を車両駆動回路１２に供給する。

降圧コンバータ１６はスイッチング素子を備え、二次電池１０および車両駆動回路１２の接続線の線間電圧、すなわち、二次電池１０の出力電圧をスイッチング制御により降圧し、降圧電圧を正極端子１８および負極端子２０から出力する。降圧コンバータ１６は、負極端子２０と同電位にある接地導体を有し、その接地導体が負極端子２０以外の箇所から車両接地導体３０に接続されないようモータ駆動車両に配置する。例えば、図１に示すように、負極端子２０を導体筐体３２に接続しつつ車両駆動回路１２と共に降圧コンバータ１６を導体筐体３２に収納する。そして、導体筐体３２を絶縁マウント３４を介して車両接地導体３０に取り付ける。絶縁マウント３４としては、ゴム、合成プラスチック、セラミック等の絶縁材料を用いることができる。降圧コンバータ１６が有する接地導体は、後述のように、負極端子２０に接続される回路を介して車両接地導体３０に接続される。

降圧コンバータ１６の正極端子１８には、フィルタ２４の第１端子２６−１および補機バッテリ２２の正極が接続される。降圧コンバータ１６の負極端子２０には、フィルタ２４の第２端子２６−２および補機バッテリ２２の負極が接続される。

フィルタ２４は、第１端子２６−１および第２端子２６−２の間に入力され、第３端子２６−３および第４端子２６−４の間から出力されるディファレンシャルモードノイズ電圧を低減する。フィルタ２４は、さらに、車両接地導体３０の電位を基準電位として第１端子２６−１および第２端子２６−２から入力され、車両接地導体３０の電位を基準電位として、第３端子２６−３および第４端子２６−４から出力されるコモンモードノイズ電圧を低減する。すなわち、フィルタ２４は、第１端子２６−１および第２端子２６−２を介して入力され、第３端子２６−３および第４端子２６−４を介して出力されるノイズ電力を低減する。また、フィルタ２４は、第１端子２６−１と第３端子２６−３とが周波数ゼロで導通し、第２端子２６−２と第４端子２６−４とが周波数ゼロで導通する。

このようなフィルタ２４としては、第１端子２６−１と第３端子２６−３との間に接続されたチョークコイルおよび第２端子２６−２と第４端子２６−４との間に接続されたチョークコイルを備えるチョークコイルフィルタを用いることができる。

フィルタ２４の第３端子２６−３には各補機２８の電力供給端子が接続され、フィルタ２４の第４端子２６−４は車両接地導体３０に接続される。各補機２８の接地端子は車両接地導体３０に接続される。

このような構成によれば、二次電池１０および車両駆動回路１２の接続線の線間電圧は、降圧コンバータ１６によって降圧された上で補機バッテリ２２およびフィルタ２４に与えられる。フィルタ２４は、第１端子２６−１と第２端子２６−２との間に与えられた直流電圧を減衰させることなく第３端子２６−３と第４端子２６−４との間から出力する。これによって、二次電池１０の出力電力またはモータ１４の回生発電電力によって補機バッテリ２２を充電すると共に、二次電池１０の出力電力またはモータ１４の回生発電電力を補機２８に供給することができる。

次にフィルタ２４の設計について説明する。降圧コンバータ１６の正極端子１８および負極端子２０には、スイッチング制御に基づくノイズ電流が流れる。本実施形態に係る電力供給システムは、降圧コンバータ１６から流出するノイズ電流が補機２８の性能に及ぼす影響を、補機バッテリ２２、フィルタ２４等によって抑圧するものである。

このような作用効果を得るため、第１端子２６−１と第３端子２６−３との間のインピーダンスの大きさ、および、第２端子２６−２と第４端子２６−４との間のインピーダンスの大きさが、補機２８の性能に影響を与える周波数帯において、補機バッテリ２２の正極負極間インピーダンスの大きさより大きくなるようフィルタを設計することが好ましい。具体的には、フィルタ２４の第１端子第３端子間、および第２端子第４端子間インピーダンスの大きさを、補機バッテリ２２の正極負極間インピーダンスの大きさの１０倍以上とすることが好ましい。

モータ駆動車両に搭載されるラジオ受信機等の受信性能に与える影響を抑える場合には、受信周波数帯に着目したインピーダンス設計を行う。ここで、受信周波数帯は、ＡＭラジオ受信機の場合、５００ｋＨｚ以上１７００ｋＨｚ以下の周波数帯である。ＦＭラジオ受信機の場合、７０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の周波数帯である。

図２に補機バッテリ２２およびフィルタ２４のインピーダンス周波数特性を示す。横軸は周波数を示し縦軸はインピーダンスの大きさを示す。ただし、縦軸および横軸共に対数スケールである。インピーダンス周波数特性３８は、補機バッテリ２２の正極負極間インピーダンスの周波数特性の例を示したものである。また、インピーダンス周波数特性４０は、第１端子２６−１と第３端子２６−３との間のインピーダンス、および、第２端子２６−２と第４端子２６−４との間のインピーダンスが等しいフィルタ２４について、第１端子第３端子間または第２端子第４端子間インピーダンスの周波数特性の例を示したものである。この例では、ハッチングを以て示したＡＭラジオ受信機の受信周波数帯において、フィルタ２４の第１端子第３端子間または第２端子第４端子間インピーダンスの大きさは、補機バッテリ２２の正極負極間インピーダンスの大きさの１０倍以上である。したがって、例示したフィルタ２４および補機バッテリ２２は、ＡＭラジオ受信機の受信性能に与える影響を抑える場合に好適である。

このようにフィルタ２４を構成することにより、次のような作用効果を得ることができる。上記のように、降圧コンバータ１６の正極端子１８および負極端子２０には、フィルタ２４を介して補機２８が接続される他、補機バッテリ２２の正極および負極がそれぞれ接続される。そして、フィルタ２４の第１端子２６−１と第２端子２６−２との間のインピーダンスの大きさは、補機２８の性能に影響を与える周波数帯において、補機バッテリ２２の正極負極間インピーダンスの大きさよりも大きくなる。

したがって、降圧コンバータ１６から流出するノイズ電流を、正極端子１８から補機バッテリ２２の正極に至り、補機バッテリ２２の内部を通過し、さらに、補機バッテリ２２の負極から負極端子２０に至る経路３６に流すことができる。

また、降圧コンバータ１６は、負極端子２０、フィルタ２４の第２端子２６−２および第４端子２６−４を介して車両接地導体３０に至る経路を除き、車両接地導体３０から絶縁されて配置される。したがって、降圧コンバータ１６から車両接地導体３０へと至り、車両接地導体３０を通過して降圧コンバータ１６へと戻る電流経路が形成されない。そのため、降圧コンバータ１６から車両接地導体３０へと流れるノイズ電流は微少となり、モータ駆動車両の広い範囲にわたってノイズ電流が流れることを回避し、広い範囲にノイズ電磁波が放射されることを回避することができる。

従来のモータ駆動車両では、降圧コンバータの接地導体が、ボデー等の車両接地導体の複数箇所に接続されていた。これによって、降圧コンバータから車両接地導体へと至り、車両接地導体を通過して降圧コンバータへと戻る電流経路が形成されることがあった。そのため、車両接地導体を介してモータ駆動車両における広い範囲にノイズ電流が流れ、ノイズ電磁波が広い範囲に放射され、補機の動作性能に大きい影響を与えるという問題があった。本実施形態に係る電力供給システムによれば、広い範囲にわたってノイズ電流またはノイズ電磁波が到達することを回避することができる。

図３に電力供給システムの実装例を示す。この例では、モータ駆動車両のボデー４２を車両接地導体３０とする。図１に示す構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。また、回路接続の詳細については図１を援用する。

車両駆動回路１２、モータ１４、降圧コンバータ１６、補機バッテリ２２、およびフィルタ２４は、車両前方のエンジンコンパートメント４４に収納する。ＡＭラジオ受信機またはＦＭラジオ受信機の受信性能に与える影響を抑える場合には、降圧コンバータ１６の正極端子１８から補機バッテリ２２の正極に至り、補機バッテリ２２の内部を通過し、さらに、補機バッテリ２２の負極から降圧コンバータ１６の負極端子２０に至る経路３６の長さを１ｍ以下とすることが好ましい。そのため、補機バッテリ２２はエンジンコンパートメント４４内、車両底面等、降圧コンバータ１６の近傍に配置することが好ましい。

二次電池１０は、車両後方のトランク４６に収納する。補機２８は、利便性に応じてモータ駆動車両の所定の位置に配置する。例えば、ヘッドライト等は車両前方に、ラジオ受信機はコックピットに、ルームライトは車両天井に配置する。

このような構成よれば、降圧コンバータ１６と補機バッテリ２２との位置関係によって定まる短い経路にノイズ電流を流すことができる。これによって、ノイズ電流またはノイズ電磁波が、モータ駆動車両における広範囲に到達することを回避することができ、ノイズ電流またはノイズ電磁波が補機２８の性能に与える影響を抑えることができる。

なお、ここでは、補機バッテリ２２、降圧コンバータ１６、フィルタ２４等をエンジンコンパートメント４４内に収納した構成について説明した。このような構成の他、これらの構成部をトランク４６、ボデー４２の底（底の車両外側面または車両内側面のいずれか）等に設ける構成としてもよい。この場合においても、降圧コンバータ１６の正極端子１８から補機バッテリ２２の正極に至り、補機バッテリ２２の内部を通過し、さらに、補機バッテリ２２の負極から降圧コンバータ１６の負極端子２０に至る経路を短くすることが好ましい。

１０ 二次電池、１２ 車両駆動回路、１４ モータ、１６ 降圧コンバータ、１８ 正極端子、２０ 負極端子、２２ 補機バッテリ、２４ フィルタ、２６−１ 第１端子、２６−２ 第２端子、２６−３ 第３端子、２６−４ 第４端子、２８ 補機、３０ 車両接地導体、３２ 導体筐体、３４ 絶縁マウント、３６ 経路、３８，４０ インピーダンス周波数特性、４２ ボデー、４４ エンジンコンパートメント、４６ トランク。

Claims (5)

1. 入力電圧を降圧し、降圧した電圧を正極端子および負極端子から出力する降圧コンバータと、
   前記正極端子および前記負極端子にそれぞれ正極および負極が接続されるバッテリと、
   を備え、
   前記正極端子および前記負極端子から出力される電力に基づいて前記バッテリを充電すると共に、前記正極端子および前記負極端子から出力される電力および前記バッテリから出力される電力を車両補機に供給する車両搭載用電力供給システムにおいて、
   前記正極端子および前記負極端子にそれぞれ第１端子および第２端子が接続され、第１端子および第２端子を介して入力された電力を第３端子および第４端子を介して車両補機へと伝送すると共に、第１端子および第２端子を介して入力され第３端子および第４端子を介して出力されるノイズ電力を低減するフィルタを備え、
   前記フィルタは、
   第４端子が車両接地導体に接続され、
   前記降圧コンバータは、
   前記負極端子から前記フィルタの第２端子および第４端子を介して前記車両接地導体に至る経路を除き、前記車両接地導体から絶縁されるよう車両に搭載されることを特徴とする車両搭載用電力供給システム。
2. 請求項１に記載の車両搭載用電力供給システムにおいて、
   前記フィルタの第１端子と第３端子との間のノイズ周波数インピーダンスの大きさ、および前記フィルタの第２端子と第４端子との間のノイズ周波数インピーダンスの大きさを、前記バッテリの正極と負極との間のノイズ周波数インピーダンスの大きさの１０倍以上としたことを特徴とする車両搭載用電力供給システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両搭載用電力供給システムにおいて、
   前記正極端子から前記バッテリの正極に至り、前記バッテリの内部を通過し、さらに、前記バッテリの負極から前記負極端子に至る経路の長さを１メートル以下としたことを特徴とする車両搭載用電力供給システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両搭載用電力供給システムにおいて、
   前記バッテリを前記降圧コンバータと共に車両のエンジンコンパートメント、車両のトランクルーム、または車両の底のいずれかに配置したことを特徴とする車両搭載用電力供給システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両搭載用電力供給システムにおいて、
   前記フィルタは、
   車両搭載用無線受信機の受信周波数帯のノイズ電力を低減することを特徴とする車両搭載用電力供給システム。

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